考毕兹(Colpitts)振荡电路设计步骤

考毕兹(Colpitts)振荡电路 原理图

常用公式

1. Colpitts振荡器的振荡频率计算公式
   
   CT = C1 // C2 并联值
   
   

   上图(例子电路图)的振荡频率就是 10.8KHz

2. 电感感抗计算公式
   $$X_L=2\pi fL$$

3. 电容容抗计算公式

   $$X_L=\frac{1}{2\pi fC}$$

4. Colpitts振荡器,振荡条件
   $$X_{C1}+X_{C2}=X_L$$
   也就是,总容抗要 = (或者接近)感抗

5. 反馈系数
   $$反馈率=\frac{C_1}{C_2}$$

设计路线

1. 确定电路工作电压---- 12V

2. 选择合适的三极管---- 2N2222(S8050, 9014, 3904)

3. 确定所需要的振荡频率---- 1.2MHz

4. 确定三级管直流工作点
   1).设定集电极—>发射极电流—>得到发射极电阻—>得出射极电压(1mA --> 10mA 只要在三级管功率范围内都可以,从功耗和稳定性上选个折中的值就可以)
   2).查看三极管放大倍数,得到相应的基极所需要的工作电流,通过射极电压+0.7V 和
   基极电流 得出基极分压电阻.
   3).选择合适的集电极负载电感 L2 — 5mH,根据感抗计算公式可以算出,当频率为 1.2MHz 时感抗为:
   $$X_L=2\pi fL=2\ast 3.14\ast 1200000\ast 0.005=75360=75K_{\Omega }$$

5. 选择合适的电感 L
   我这里选择身边有的电感 470uH,根据感抗计算公式得到感抗 XL
   $$X_L=2\pi fL=2\ast 3.14\ast 1200000\ast 0.00047=3541.92=3.54K_{\Omega }$$
   通过振荡条件公式(容抗 = 感抗)和容抗计算出电容
   $$C_L=\frac{1}{2\pi fC}=3541$$
   $$C=\frac{1}{2\pi f{C}_L}=0.0000000000374=37.4pF$$

6. 计算对应的电容
   $$C_T=C1//C2=\frac{C1\ast C2}{C1+C2}=37.4pF$$
   设反馈率为 10%
   则可得到 C1 约等于 41pF, C2 约等于 410pF
   $$\frac{41\ast 410}{41+410}=37.27pF$$
   约等于计算出的感抗 37.41pF

7. 微调
   因为元器件差异,可能与实际计算有出入,但差异不是很大,可以通过调节 C1,C2 微调至需要的工作频率,C3,C4 是耦合电容(也可以说是隔直电容)

仿真动图

显示频率为 1.11MHz, 差异很小
仿真文件下载

Multisim 14.0 仿真文件